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        談公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)

        2012-07-28 08:26:06
        山西建筑 2012年8期
        關(guān)鍵詞:公路規(guī)范設(shè)計(jì)

        余 偉

        (惠州市道路橋梁勘察設(shè)計(jì)院,廣東惠州 516001)

        近年來,我國公路交通事業(yè)迅猛發(fā)展,隨著高速公路向山區(qū)延伸,公路隧道工程建設(shè)也日益增多,已經(jīng)出現(xiàn)了許多中長隧道甚至特長公路隧道。在整個公路隧道的建設(shè)中,通風(fēng)方案的優(yōu)劣及運(yùn)營效果的好壞,將直接關(guān)系到隧道的救災(zāi)工程、運(yùn)營環(huán)境等。我國逐步重視公路隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)問題,交通部近年相繼發(fā)布了相關(guān)規(guī)范[1],這對我國的公路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計(jì)起到了很好的規(guī)范和指導(dǎo)作用。但在具體通風(fēng)設(shè)計(jì)中還存在許多需要進(jìn)一步探討的問題。

        筆者近年來從事多座隧道的設(shè)計(jì)工作,對隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)工作也尤為重視。下面結(jié)合某高速公路隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)工作,在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)理念、方法和步驟。

        1 公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)理念和步驟

        1.1 設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想

        通風(fēng)方案設(shè)計(jì)與決策涉及多方面的因素,在決策中確定合適的指導(dǎo)思想[2],又決定了設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。一般來講,隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:

        1)標(biāo)準(zhǔn)原則。

        標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是設(shè)計(jì)人員必須遵循的法則,從原則上來講應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行。

        2)安全原則。

        以人為本,安全第一,以防為主,防治結(jié)合。

        3)實(shí)用原則。

        實(shí)用性主要體現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo),包括安全、環(huán)保、運(yùn)營三個方面的因素。

        4)可靠原則。

        可靠性反映系統(tǒng)對不同運(yùn)營工況的適應(yīng)能力。

        5)求實(shí)原則。

        設(shè)計(jì)方案應(yīng)與工程特點(diǎn)相結(jié)合。

        6)經(jīng)濟(jì)原則。

        設(shè)計(jì)應(yīng)追求高性價比設(shè)計(jì)原則。

        7)環(huán)保原則。

        環(huán)保問題是非常關(guān)鍵的問題。

        8)滿意原則。

        一方面是指用戶、建設(shè)地政府和群眾對設(shè)計(jì)方案的滿意程度,另一方面是指設(shè)計(jì)方案自身方面的滿意程度。

        1.2 通風(fēng)設(shè)計(jì)的步驟

        1.2.1 通風(fēng)方式的選擇

        根據(jù)規(guī)范[1]要求和工程類比情況,采取合適的通風(fēng)方式。要根據(jù)本工程具體情況,按照現(xiàn)行規(guī)范及本工程的特點(diǎn),有必要的話需要進(jìn)行專題研究和論證。

        1.2.2 通風(fēng)計(jì)算參數(shù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及交通量預(yù)測

        通風(fēng)計(jì)算參數(shù)的選取、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的采用和交通量的合理預(yù)測決定了通風(fēng)方式的規(guī)模和數(shù)量。一般隧道可按照規(guī)范進(jìn)行合理選取,特長或者特大隧道有必要進(jìn)行論證或者試驗(yàn)確定,以取得相對合適的技術(shù)參數(shù)。交通量的預(yù)測應(yīng)在工程前期調(diào)查分析的成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

        1.2.3 計(jì)算原理的采用和過程

        一般隧道建議采用規(guī)范[1]提供的相關(guān)原理進(jìn)行計(jì)算,對于特長或特大隧道,建議針對通風(fēng)中的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行多學(xué)科參與的專題研究。

        1.2.4 計(jì)算結(jié)果的采用和通風(fēng)規(guī)模的確定

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果,采用性能可靠、耐久性好的通風(fēng)設(shè)備,一般隧道最好采用適用性好的設(shè)備,特長或特大隧道可根據(jù)計(jì)算結(jié)果也可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用特種設(shè)備。

        2 典型公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)

        2.1 工程概況

        廣河高速公路龍門山坳隧道左洞長794 m,右洞長855 m,單洞三車道,為典型公路隧道[3]。計(jì)算行車時速為120 km/h,隧道襯砌內(nèi)輪廓[4]凈寬 16.01 m,隧道拱高 7.81 m(左洞)及 8.19 m(右洞)。

        2.2 通風(fēng)方式的選擇

        公路隧道的通風(fēng)方式主要有自然通風(fēng)、縱向射流通風(fēng)、半橫向通風(fēng)及全橫向通風(fēng)。本隧道為小于1 000 m的中隧道,推薦采用縱向射流通風(fēng)。

        2.3 通風(fēng)計(jì)算參數(shù)及交通量

        2.3.1 通風(fēng)計(jì)算參數(shù)選擇

        根據(jù)相關(guān)規(guī)范[1]規(guī)定,本隧道按照全縱向射流通風(fēng)計(jì)算,本路段隧道運(yùn)營通風(fēng)計(jì)算參數(shù)見表1。

        表1 隧道通風(fēng)計(jì)算參數(shù)表

        2.3.2 交通量預(yù)測

        根據(jù)本工程工況階段對本路段交通組成及交通量分析結(jié)果,本隧道交通量預(yù)測結(jié)果如下:2015年為6 444 pcu/d,2025年為52 000 pcu/d,2029 年為62 048 pcu/d,2034 年為67 535 pcu/d。

        2.4 通風(fēng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        2.4.1 隧道內(nèi)CO允許設(shè)計(jì)濃度δ

        1)正常運(yùn)營時,隧道內(nèi)CO設(shè)計(jì)濃度δ=300 ppm。

        2)交通阻滯時,隧道內(nèi)各車道以怠速行駛,平均行車速度為10.0 km/h,經(jīng)歷時間不超過20 min,阻滯段長度不大于1 000 m,洞內(nèi)阻滯段的平均CO設(shè)計(jì)濃度可取300 ppm。

        2.4.2 隧道內(nèi)煙霧允許設(shè)計(jì)濃度K

        當(dāng)計(jì)算行車速度為100 km/h時,K=0.006 5 m-1;行車速度為80 km/h 時,K=0.007 m-1;行車速度為 40 km/h 時,K=0.009 m-1;行車速度為 10 km/h 時,K=0.012 m-1。

        2.4.3 稀釋空氣中異味

        隧道空間不間斷換氣頻率為每小時5次,并保證隧道內(nèi)換氣風(fēng)速Vr≥2.5 m/s。

        2.4.4 火災(zāi)工況

        火災(zāi)時排煙風(fēng)速按Vr=2 m/s~3 m/s取值。

        2.5 通風(fēng)機(jī)計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)

        通風(fēng)機(jī)計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)見表2。

        表2 射流風(fēng)機(jī)選型

        2.6 計(jì)算原理及過程

        2.6.1 稀釋隧道污染空氣所需新風(fēng)量

        1)計(jì)算稀釋CO所需的新風(fēng)量。

        CO排放量:

        稀釋CO所需的新風(fēng)量:

        2)計(jì)算稀釋煙霧所需新風(fēng)量。

        煙霧排放量:

        稀釋煙霧的需風(fēng)量:

        2.6.2 計(jì)算隧道所需的升壓力Δp

        計(jì)算系數(shù):ζe:0.6,λr:0.02,vn:2.5 m/s)。

        2)通風(fēng)阻抗力:

        3)交通通風(fēng)力:

        其中,Am=(1-γ1)·Acs·ξcs+γ1·Ac1·ξc1(汽車等效阻抗面積Am的計(jì)算參數(shù):小型車正面投影面積Acs為2.13,小型車空氣阻力系數(shù)ξcs為0.5,大型車正面投影面積Ac1為5.37,大型車空氣阻力系數(shù) ξc1為 1.0)。

        4)隧道內(nèi)所需升壓力:

        2.6.3 計(jì)算風(fēng)機(jī)數(shù)量i

        1)每臺射流風(fēng)機(jī)的升壓力:

        其中,射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)η=0.87。

        2)計(jì)算風(fēng)機(jī)臺數(shù):

        2.7 計(jì)算結(jié)果

        根據(jù)上述計(jì)算原理及有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和交通量預(yù)測情況,分別取得2015年,2025年,2029年,2034年左右洞在正常行車、交通阻滯狀況下所需要的數(shù)量,見表3。

        表3 隧道營運(yùn)通風(fēng)風(fēng)機(jī)表

        根據(jù)隧道風(fēng)機(jī)選擇原則:隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)不宜太多,否則可能布置困難;射流風(fēng)機(jī)也不宜太少,否則隧道內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)困難,火災(zāi)時控制困難。因此,采用目前使用較多的SDS-125T-4PD1和SDS-90T-4PD1兩種型號的風(fēng)機(jī)進(jìn)行比較選擇。

        根據(jù)規(guī)范[2]進(jìn)行通風(fēng)計(jì)算,按照規(guī)范規(guī)定長度大于1 500 m且交通量較大的隧道應(yīng)該考慮排煙措施,排煙分區(qū)長度取1 000 m,本隧道單洞最長為855 m,小于1 500 m,故該隧道可不考慮火災(zāi)通風(fēng)工況。

        2.8 風(fēng)機(jī)的選擇與布置

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果,龍門山坳隧道按交通阻塞工況控制。全線隧道的風(fēng)機(jī)型號布置盡量一致的要求,定隧道每組斷面上布設(shè)2臺125型射流風(fēng)機(jī),射流風(fēng)機(jī)布置在距洞口200 m處及380 m(右洞第二組)的位置上[5]。

        風(fēng)機(jī)橫斷面布置見圖1。

        3 結(jié)語

        雖然設(shè)計(jì)中采取了相對合理的分析和計(jì)算,但采用的通風(fēng)設(shè)計(jì)方案是否適當(dāng)或周全,長期效果如何,運(yùn)營過程是否可控,仍需進(jìn)一步的觀察和研究。因此,關(guān)于隧道通風(fēng)的后期維護(hù)費(fèi)用及運(yùn)營狀況,有必要對本項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容展開全壽命周期成本分析、風(fēng)險(xiǎn)分析和對策研究,進(jìn)行全面綜合的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價。

        [1]JTJ 026.1-1999,公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [2]蘇立勇.公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)問題分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2005(10):29-30.

        [3]JTG B01-2003,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

        [4]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [5]JTG/T D71-2004,公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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